电力拖动第一章

1、电力拖动与控制第一章第一章电力拖动系统的电力拖动系统的 动力学基础动力学基础单轴电力拖动系统的运动方程单轴电力拖动系统的运动方程多轴电力拖动系统多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩转矩及飞轮矩 的折算的折算生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性主要内容主要内容原动机带动生产机械运转称为拖动。用各种电动机作为原动机带动生产机械运动，以完成一定的生产任务的拖动方式，称为电力拖动。电力拖动系统，一般由电动机、机械传动机构、生产机械的工作机构、控制设备和电源五部分组成。 图1-1 电力拖动系统示意图 要研究电力拖动系统，不仅要研究电动机自身的运行性能，还要研究电动机和负载之间的运动规律电力拖动系统的运动

2、方程式。 第一节第一节 单轴电力拖动系统的运动方程式单轴电力拖动系统的运动方程式 电动机输出轴直接拖动生产机械运转的系统单轴电力拖动系统。 （a） 单轴电力拖动系统 （b） 各量的参考方向 图 1-2 单轴电力拖动系统及各量的参考方向 根据力学中刚体转动定律得到单轴电力拖动系统的运动方程式 : dtdJTTLT 电动机的电磁转矩(Nm) J 电动机轴上的总转动惯量(kgm2) TL 电动机的负载转矩(Nm) 在实际的电力拖动工程中则采用飞轮惯量（即飞轮矩）GD2代替转动惯量J ；用转速 n代替角速度。n与的关系为 260n dtd602=dtdn则 J与GD2之间的关系为：222()24G D

3、GDJmgg m 系统转动部分的质量（） G 系统转动部分的重力（N） 系统转动部分的回转半径（m） D 系统转动部分的回转直径（m） g 重力加速度，可取g = 9.81m/s由此可得： GD2系统转动部分的总飞轮矩(Nm2)具有加速度量纲的系数dtdnGDTTL3752375=4g60/ 2 ndtdnTTL, 0, 0 常数(或0），系统稳定运转或停转，视运动初始状态而定。ndtdnTTL, 0, 0 不断增加，系统加速运转；ndtdnTTL, 0, 0 不断降低，系统减速运转。稳态：动态： 注意：式中的T、TL及n都是有方向的。在规定了n的方向后，T与n的方向一致时为正，TL与n的方向

4、相反时为正。 在代入具体数值时，如果其实际方向与规定的正方向相同，就用正数，否则应当用负数。 第二节第二节 多轴电力拖动系统转矩及飞多轴电力拖动系统转矩及飞 轮矩的折算轮矩的折算 多轴电力拖动系统，就是在电动机与工作机构之间增设传动机构的系统。 一般采用折算的办法，把多轴电力拖动系统折算为等效的单轴系统，然后按单轴电力拖动系统的运动方程式来分析。 注意：在使用单轴运动方程式进行分析时,式中的TL应是折算后的等效负载转矩Tmeq , GD2是折算后系统总的等效飞轮矩 GDeq2。 （a） 传动图 （b） 等效折算图 图 1-3 多轴电力拖动系统示意图 本节重点研究负载转矩和飞轮矩的具体折算方法。

5、折算的原则： 按照能量守恒定律，系统在折算前和折算后应具有相等的机械功率和动能。设工作机构负载转矩为：Tm1. 1. 转矩的折算转矩的折算功率为: Pm= Tmm折算后的负载转矩为：Tmeq对应角速度为：m=2nm / 60折算后的对应角速度为：一、工作机构旋转运动转矩和飞轮矩的折算一、工作机构旋转运动转矩和飞轮矩的折算 图1-4 某电力拖动系统示意图而折算后的功率为: Pmeq=Tmeq根据功率不变原则有: Tm m= Tmeq则: mmmmeqTTTj电动机与工作机构转速比:mmnjn 多级传动,传动比为各级传动比之积,传动 效率为各级传动效率之积,即: 考虑了传动损耗后,功率关系变为:m

6、meqTTj123jj j j123 2.2.飞轮矩的折算飞轮矩的折算 电动机转子的飞轮矩为GDd2(Jd) ,主轴和工件的飞轮矩为GDm2(Jm) ,则旋转物体的动能为:2222211222121212121mmdJJJJJA222221222222211212111dmmGDGDGDGDGDjj jj j j 设各轴的角速度为: 12m, 折算原则：折算前后系统储存的动能不变因此可采用以下公式估算系统的飞轮矩：22(1)dGDGD 一般情况下，在系统总飞轮矩中，电动机轴上的飞轮矩占的比重最大，其次是工作机构上飞轮矩的折算值，传动机构中各种飞轮矩的折算值占的比重最小。 GDd2 电动机转子飞

7、轮矩,可从产品目录中查阅 =0.20.3 二、工作机构直线运动转矩与飞轮矩的折算二、工作机构直线运动转矩与飞轮矩的折算( (一一) ) 平移运动平移运动图1-5 工作机构作平移运动示意图1. 1. 转矩的折算转矩的折算2220.50.54(260)eqG g vGDgn9.55260meqFvFvTFvnn 考虑到传动机构的损耗：2. 2. 飞轮矩的折算飞轮矩的折算根据折算前后动能不变的原则：所以：22224(260)365eqGDGvnGv n( (二二) ) 升降运动升降运动图1-6 起重机示意图1. 1. 转矩的折算转矩的折算m eqTG Rj12 上升重物时设传动机构的效率为 ：2.2

8、.飞轮矩的折算与平移相同飞轮矩的折算与平移相同 可证明： 下降重物时设传动机构的效率为：m e qG RTj例例1-11-1：某电力拖动系统如图1-4所示。已知飞轮矩 ， ， ，传动效率 ， ，转矩 ，转速 , , ，忽略电动机空载转矩，试求：（1）折算到电动机轴上的系统总飞轮矩（2）折算到电动机轴上的负载转矩10.912214.5N mdGD 22118.8N mGD 22m120N mGD 20.9385N mmT 2450 /minnr1810 /minnr150 /minmnrmeqT2GD解：解： （1）系统总飞轮矩 222222212222118.812014.5N mN mN m

9、24502450810150mdmGDGDGDGDnnnn222214.5N m2.055N m0.45N m17.005N m（2）负载转矩1285N m6.15N m24500.91 0.93150mmeqmTTnn 例例1-21-2： 某刨床电力拖动系统如图1-5所示。已知切削力 ，工作台与工件运动速度 ，传动机构总效率 ，电动机转速 ，电动机的飞轮矩 ,试求： 10000NF 0.7m/sv 0.811450 / minnr22100N mGD （1）切削时折算到电动机轴上的负载转矩；（2）估算系统总的飞轮矩；（3）不切削时，工作台及工件反向加速，电动机以 恒加速度运行，计算此时系统的

10、动态转矩绝对值。2500/dnmsdt 切削时折算到电动机轴上的负载转矩 （2）估算系统总的飞轮矩2221.2120N meqdGDGD70009.559.55N m56.92N m1450 0.81meqFvTn解：（1）切削功率7000WPFv（3）不切削时（ ），工作台与工件 反向加速时，系统动态转矩绝对值 2160N m375meqGD dnTTdt0m eqT 第三节 生产机械的负载转矩特性 负载转矩特性是指生产机械工作机构的转矩与转速之间的函数关系，即 n=f(TL) 。 典型的负载转矩特性有恒转矩特性、恒功率特性和通风机型特性三种。 TL大小不变，但作用方向总是与运动方向 n相反

11、，是阻碍运动的制动性质转矩。 一、恒转矩负载特性一、恒转矩负载特性 1.1.反抗性反抗性( (又称摩擦性又称摩擦性) )恒转矩负载恒转矩负载 从反抗性恒转矩负载的特点可知，当n为正向时，TL亦为正（按规定, 以反对正向运动的方向作为TL的正方向）；当n为负向时,TL也改变方向，变为负值。 特性如图1-7。图1-7 反抗性恒转矩负载特性 图1-8 位能性恒转矩负载特性 这种负载转矩是由重力作用产生的。 特点：TL大小不变,而且作用方向也保持不变。 如果以提升作为运动的正方向，则n为正向时，TL反对运动，也为正值；当下放重物，n 为负向时，TL的方向不变，仍为正，表明这时TL是帮助运动的，成为拖动转矩。 特性如图1-8。 2. 2. 位能